摘要：在此，南京航空航天大学郭万林院士和赵晓明教授等人通过使用气相沉积的多齿配体在钙钛矿表面隔离有缺陷的八面体结构来解决这一问题。表面八面体的隔离抑制了离子迁移到电荷传输层，并减少了表面离子缺陷，从而调节了在明暗循环过程中离子迁移的动力学。制造的785平方厘米的工业

自然光照变化在明暗循环中会诱导钙钛矿太阳能电池中发生不可逆的离子迁移，这对它们的长期户外运行稳定性构成了巨大挑战。

在此，南京航空航天大学郭万林院士和赵晓明教授等人通过使用气相沉积的多齿配体在钙钛矿表面隔离有缺陷的八面体结构来解决这一问题。表面八面体的隔离抑制了离子迁移到电荷传输层，并减少了表面离子缺陷，从而调节了在明暗循环过程中离子迁移的动力学。制造的785平方厘米的工业级钙钛矿太阳能组件实现了19.6%的光电转换效率（PCE）。本文的组件展现出增强的日间稳定性，在50°C下经过101次明暗循环后，仍能保持其初始PCE的97%以上。此外，钙钛矿组件在严酷的夏季条件下进行了45天的户外运行测试，期间保持了稳定的电力输出，其稳定性与参考硅电池相当。

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研究背景

过去十年，钙钛矿太阳能电池在认证的功率转换效率（PCE）方面取得了显著进展，最高可达27%，接近商用硅基太阳能电池的水平。在制造成本上，钙钛矿太阳能电池预计成本约为晶体硅太阳能电池的一半。然而，它们的长期运行稳定性尚未达到光伏产品的要求，这给商业化带来了挑战。这一问题在工业规模的太阳能模块中尤为突出，实现可扩展的稳定性仍然是一个巨大的挑战。此外，大多数研究集中在实验室规模的钙钛矿太阳能电池在恒定室内光照条件下的长期老化行为，但在该技术能够实现商业化之前，解决工业规模钙钛矿太阳能模块（PSMs）的户外稳定性问题至关重要。

在运行条件下，钙钛矿太阳能电池经历光暗周期，导致循环操作期间出现可逆和不可逆的性能损失。钙钛矿材料的固有软离子晶体结构使得其离子键相对较弱，容易在晶格中形成离子缺陷。此外，由于离子迁移所需的活化能较低，这些缺陷在运行条件下容易移动，最终影响设备的使用寿命。

在钙钛矿太阳能电池中，可逆和不可逆的离子迁移都会发生，其中不可逆的离子迁移是由于移动离子在老化应力的共同作用下从钙钛矿层迁移到电荷传输层或电极。这种迁移可能导致设备性能的永久性损害。为了减少不可逆的离子迁移，小面积单元电池的主要策略包括钝化表面缺陷以减少移动离子通道的数量，以及在界面处插入屏障层以抑制离子运动。研究表明，靠近钙钛矿表面的[PbI6]4−八面体通常比晶体内部的缺陷更多，这使得这些区域特别容易受到不可逆卤素离子迁移的影响。对于大面积的钙钛矿太阳能电池，必须限制钙钛矿吸收层内的离子迁移。通过隔离缺陷八面体并同时通过重构钙钛矿表面结构来减少离子通道，可以提高钙钛矿太阳能模块的户外运行稳定性。

主要内容

本文通过将钙钛矿表面重构为零维（0D）结构，成功隔离了钙钛矿吸收层内的离子迁移。在这个结构中，[PbI6]4−八面体被气相沉积的多齿配体隔开。这一改进不仅有效阻止了碘离子向电荷传输层的迁移，还减少了表面的离子缺陷，从而调节了光暗循环期间的离子迁移动力学。此外，这种气相后处理技术有助于钙钛矿表面的大规模稳定化。通过表面八面体隔离策略，能够制造出小面积单元电池（活性面积为0.16平方厘米）和大面积光电探测器（光圈面积为785平方厘米），其效率分别为25.3%和19.6%。

本文的太阳能模块展示了增强的日间稳定性，预计T80寿命（即效率降至80%所需的时间）为2478个周期，这相当于在25°C的光照-黑暗循环下超过6.7年。令人鼓舞的是，在实际条件下户外运行45天后，PSMs表现出与商用硅太阳能电池相当的稳定性，这证明了PSMs在实际应用中的可行性。

图1：钙钛矿表面八面体的隔离

图2：器械性能和稳定性。

图3：长期户外稳定性。

图4：降解机制。

结论展望

综上所述，本文开发了一种蒸汽辅助表面重建技术，能够实现工业规模钙钛矿太阳能模块的均匀稳定。通过隔离表面八面体结构，有效阻止了碘离子向电荷传输层迁移，减少了表面离子缺陷，从而在光照循环中最大限度地减少了不可逆退化。因此，我们的隔离太阳能模块在25℃条件下，经过12小时光照-12小时黑暗循环后，T80寿命（即在特定条件下达到的最低性能水平）超过了6.7年。尽管如此，随着进一步测试，其他未考虑的退化模式也可能出现。在夏季较为恶劣的户外条件下，隔离模块能够在一夜之间恢复性能，并且其户外稳定性与商用硅太阳能电池相当，显示出满足工业标准的潜力。预计这些发现不仅将加深对导致设备不可逆退化的移动离子缺陷机制的理解，还将促进能够满足实际应用需求的钙钛矿器件的发展。

文献信息

Xiangnan Sun†, Wenda Shi†, Tianjun Liu, Jinzhan Cheng, Xin Wang, Peng Xu, Wei Zhang, Xiaoming Zhao*, Wanlin Guo*,Vapor-assisted surface reconstruction enables outdoor-stable perovskite solar modules, Science, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv4280

来源：朱老师讲VASP